Kalopanax septemlobus (Thunb.). Было выявлено, что для снижения фенольной экссудации целесообразно добавлять в питательную среду антиоксиданты в количестве 100,0 мг/л аскорбиновой кислоты или сочетание 50,0 мг/л лимонной и 50,0 аскорбиновой мг/л кислоты, а также ингибиторы полифенолоксидазы - 50,0 мг/л PVP.
Морфогенез и регенерация in vitro зависят от комплекса факторов, и не существует универсальных биотехнологических методов для размножения и сохранения конкретного таксона. Для культивирования in vitro были выбраны методы размножения, минимизирующие риск появления сомаклональной изменчивости [10]. Прежде чем система in vitro может быть использована для хранения генофонда, должны быть оптимизированы эффективные способы регенерации и клонального микроразмножения.
В ходе исследований для большинства изучаемых видов редких и исчезающих растений в качестве базовой питательной среды для культивирования использовалась среда MS, для представителей семейства Ericaceae - среда Anderson. Для модельных объектов растений разных жизненных форм установлены оптимальные длительность пассажа, тип и концентрация регуляторов роста на этапе собственно микроразмножения (табл. 2).
Таблица 2. Продолжительность периода субкультивирования редких и исчезающих видов растений и состав питательных сред
|
Объект |
Длительность субкультивирования, сут. |
Концентрация и тип регулятора роста, мг/л |
|
|
Aristolochia manshuriensis Kom. |
25-30 |
0,8 BAP; 0,01 IAA |
|
|
Galanthus angustifolius G. Koss |
30-45 |
10,0 BAP; 0,1 NAA |
|
|
Kalopanax septemlobus (Thunb.) Koidz. |
25-30 |
1,0 BAP; 0,05 IAA |
|
|
Gladiolus palustris Gaudin |
40-50 |
10,0 BAP; 0,1 IAA |
|
|
Rhododendron schlippenbachii Maxim. |
45-60 |
15,0 ip, 5,0 IAA |
|
|
Paeonia obovata Maxim. |
40-60 |
1,0 BAP |
|
|
Sanguisorba magnifica I. Schischk. et Kom. |
20-35 |
0,5 BAP; 0,01 IAA |
Для устойчивого сохранения культур in vitro необходимо поддерживать их жизнеспособность при слабой динамике ростовых процессов. Снижение темпов роста достигается за счет уменьшения температуры и интенсивности освещения и уменьшения минеральной основы питательной среды, добавления осмотически активных веществ и ретардантов [11, 12]. Полученные результаты позволили установить, что оптимальным условием сохранения для большинства видов является культивирование на питательной среде, содержащей V MS и 40,0 г/л сахарозы, дополненной 0,3 мг/л BAP. После сохранения в течение 1,5 лет на модельном объекте (Aristolochia manshuriensis Kom.) проводили оценку регенерационного потенциала. После переноса регенерантов в стандартные условия культивирования наблюдали увеличение регенерационного потенциала до 95%, а также увеличение образования адвентивных почек и микропобегов в 2-3 раза. Однако при дальнейших субкультивированиях уменьшалась активность регенерации и снижалась динамика ростовых процессов (на 10-15 %).
Для редких растений разных таксономических групп были определены оптимальные типы эксплантов и их размер на основе ростового и органогенетического индекса. В таблице 3 приведены оптимальные показатели эксплантов для длительного культивирования редких видов растений разных жизненных форм.
Таблица 3. Оптимальный тип экспланта и его размер (мм) для хранения растений in vitro
|
Виды |
Апикальные меристемы |
Сегменты микропобегов |
Луковицы и их сегменты |
|
|
Древесные |
||||
|
Rhododendron schlippenbachii Maxim. |
0,2-0,3 |
8,0-12,0 |
||
|
Aristolochia manshuriensis Kom. |
0,3-0,7 |
7,0-9,0 |
||
|
Kalopanax septemlobus (Thunb.) Koidz. |
3,0-5,0 |
12,0-15,0 |
||
|
Травянистые |
||||
|
Sanguisorba magnifica I. Schischk. et Kom. |
0,2-0,4 |
0,5-5,0 |
||
|
Paeonia obovata Maxim. |
2,5-4,0 |
2,0-3,5 |
||
|
Луковичные |
||||
|
Gladiolus palustris Gaudin |
0,3-0,5 |
3,0-5,0 |
||
|
Galanthus angustifolius G. Koss |
0,2-0,4 |
2,0-4,5 |
Основным критерием при выборе оптимального вида экспланта, как для введения таксонов в культуру in vitro, так и для длительного воспроизводства и сохранения, является жизненная форма растений. На основе комплекса морфометрических показателей определены оптимальные размеры и типы эксплантов для длительного хранения коллекции в условиях in vitro. покрытосеменной растение ботанический
Заключение
Ботанические сады России активно участвуют в сохранении редких и исчезающих растений. Особое внимание уделяется ими видам, включенным в Красную книгу РФ. В 2020 г. в ботанических садах культивировалось 377 видов высших растений из 514 представленных в КК РФ, что составляет 73%. Таким образом, Российской Федерацией практически выполнено требование цели 8 ГССР. Наблюдается значительный прогресс по сравнению с 2012 годом, когда этот показатель составлял 64% [7]. По отдельным систематическим группам наблюдается следующая картина: Покрытосеменные - из 474 сохраняются ex situ 343 вида (72%), Голосеменные - из 14 видов 14 (100%), Папоротникообразные - из 26 видов 18 (69%). Подавляющее большинство редких видов растений представлены образцами в коллекциях многих ботанических садов, и надежность их охраны в условиях культуры не вызывает сомнения.
В ходе многолетних исследований по клональному микроразмножению в ГБС РАН сохраняется коллекция in vitro редких и исчезающих растений, включающая 82 вида, что составляет 17,3% от общего числа покрытосеменных растений, внесенных в Красную книгу РФ.
Установлено, что сохранению жизнеспособности и минимилизации роста эксплантов при хранении in vitro в течение 1,5 лет способствовало совместное использование пониженной температуры и освещенности, а также добавление осмотиков в состав питательной среды. Обоснованы типы и размеры эксплантов для растений разных жизненных форм для эффективного сохранения жизнеспособности в процессе депонирования при пониженной температуре в условиях in vitro. На основании оценки регенерационного потенциала после длительного хранения культур (при пониженной температуре в течение 1,5 года), на первых этапах культивирования выявлен стимулирующий эффект, который выражался в увеличении регенерационного потенциала и динамики ростовых процессов.
Список использованных источников
1. Wyse Jackson P.S. Experimentation on a large scale - an analysis of the holdings and resources of botanic gardens. [Elctronic resource] / BGCNews, Richmond, UK, Botanic Gardens Conservation International. -1999.- Vol 3.- N 3.- p. 53-72. URL: http://www.bgci.org/resources/article/0080.
2. The IUCN Red List of Threatened Species [Электронный ресурс]. - 2020. - URL: http://www.iucnredlist.org.
3. Конвенция о биологическом разнообразии. Текст и приложения. UNEP/CBD. - 1995. - 34 с.
4. Стратегия ботанических садов России по сохранению биоразнообразия растений. -М.: Красная звезда, 2003. - 32 с.
5. Глобальная стратегия сохранения растений. - М.: Секретариат конвенции о биологическом разнообразии, 2002. - 19 с.
6. Global strategy for plant conservation: 2011-2020. - London: BGCI, 2010. - 38 p.
7. Горбунов Ю.Н., Соадатова Р.З., Казанцева Е.С. Генофонд растений Красной книги Российской Федерации, сохраняемый в коллекциях ботанических садов и дендрариев. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2012. - 220 с.
8. Информационный бюллетень Совета ботанических садов стран СНГ. - Вып. 113. - 2014-2020. https://sbsgbsad.wordpress.com.
9. Молканова О.И., Горбунов Ю.Н., Ширнина И.В., Егорова Д.А. Применение биотехнологических методов для сохранения генофонда редких видов растений // Ботан. журнал. - 2020. - Т. 105. - № 6. - С. 610-619.
10. Kauth P., Kane M. E., Vendrame W. A. Comparative in vitro germination ecology of Calopogon tuberosus var tuberosus (Orchidaceae) across its geographic range. In Vitro Cell. Dev. Biol.-Plant. - 2011. - Vol. 47. - № 47. - P. 148-156.
11. Mitrofanova I.V., Molkanova O.I. Biotechnology strategy of plant biodiversity conservation in botanical gardens of Russia // Acta Hortic. - 2020. - № 1298. - P. 231-238.
12. Молканова О.И. Генетические банки растений в ботанических садах России // Сборник научных трудов Никит. ботан. сада. - 2009. - Т. 131. - С. 22-27.